CN114153775A - 一种基于AXI总线的FlexRay控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于AXI总线的FlexRay控制器,包括:AXI协议模块、CHI协议模块、BMIF模块、通信控制器、时钟交叉单元、PE协议引擎,CHI总线转换为AXI总线协的转换接口,包括逻辑控制模块、内部缓存FIFO模块、协议转换控制模块。本发明的优点是形成基于AXI总线的FlexRay控制器标准IP,利用该IP可以直接与SoC中AXI总线相接,使用时可以挂接于基于AXI总线的SoC电路中,不再需要进行总线协议转换。而且该IP模块设计时考虑了标准的AXI总线协议与传统的CHI协议,可以应用于原PowerPC处理器领域,也可应用于ARM处理器领域。
Description
技术领域
本发明涉及属于SoC片上系统技术领域,尤其涉及一种基于AXI总线的FlexRay控制器。
背景技术
FlexRay是新一代的高性能总线,相比于CAN总线,具有更灵活的数据通信,更快的数据速率,更全面的拓扑选择和更好的容错运算等特点,目前已广泛应用于车载控制领域。汽车网络控制系统的安全很重要,而网络拓扑结构在汽车网络中具有很重要的影响。FlexRay总线提供灵活的配置,可支持各种拓扑,如总线、星型和混合拓扑,FlexRay利用两条独立的物理线路进行通信,每条的数据速率为lOMbps,两条通信线路主要用来实现冗余,因此消息传输具有容错能力,也可利用两条线路来传输不同消息,这样数据吞吐量可加倍。因此FlexRay总线为下一代的车内控制系统提供所需的速度和可靠性。
AXI(Advanced eXtensible Interface)是一种总线协议,该协议是ARM公司提出的AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture)3.0协议中最重要的部分,是一种面向高性能、高带宽、低延迟的片内总线。它的地址/控制和数据相位是分离的,支持不对齐的数据传输,同时在突发传输中,只需要首地址,同时分离的读写数据通道、并支持显著传输访问和乱序访问,并更加容易就行时序收敛。AXI技术丰富了现有的AMBA标准内容,满足超高性能和复杂的片上系统(SoC)设计的需求。AXI特点:单向通道体系结构。信息流只以单方向传输,简化时钟域间的桥接,减少门数量。当信号经过复杂的片上系统时,减少延时。支持多项数据交换。通过并行执行猝发操作,极大地提高了数据吞吐能力,可在更短的时间内完成任务,在满足高性能要求的同时,又减少了功耗。独立的地址和数据通道。地址和数据通道分开,能对每一个通道进行单独优化,可以根据需要控制时序通道,将时钟频率提到最高,并将延时降到最低。
目前FlexRay总线控制器应用越来越广泛,但主要集成于NXP公司的几款PowerPC处理器中,采用的是基于CHI(Controller Host Interface)总线接口协议,支持HCS12(HCS12 family of microcontrollers)、MPC(MPC5xx and MPC55xx familymicrocontrollers)、AMI(Asynchronous Memory Interface)等类型,还未见有基于AXI总线接口的FlexRay控制器,如果要集成于AXI接口的SoC中,还需进行接口协议转换,应用不方便,特别是随着ARM处理器的广泛应用,内部采用的均为AXI总线,因此设计一款基于AXI总线的FlexRay控制器,使其可以方便集成于高性能SoC中,特别是基于ARM处理器的应用领域。
发明内容
本发明目的是:提供一种基于AXI总线的FlexRay控制器,可以方便集成于基于AXI总线的SoC片上系统中,特别是基于ARM处理器的应用领域。
本发明的技术方案是:
一种基于AXI总线的FlexRay控制器,包括:
AXI协议模块,提供AXI总线协议的配置、读写时序和状态,实现AXI总线协议;
CHI协议模块,提供主机访问模块的配置、控制和状态寄存器,以及消息缓冲区配置、控制和状态寄存器;
BMIF模块,作为总线接口管理单元,实现对FlexRay内存的访问;
通信控制器,将接收到的帧和要发送的帧的帧头和有效负载数据存储在FlexRay内存区;
时钟交叉单元,实现从总线时钟域到PE时钟域的信号交叉,从PE时钟域到PE时钟域的信号穿越,实现PE和总线时钟域的异步;
PE协议引擎,包括两个Channel通道、时间控制单元TCU、序列引擎SEQ,两个Channel通道分别构成发送单元和接收单元,用于发送和接收数据帧,时间控制单元TCU负责维护FlexRay网络的全局时钟同步,PE的整体活动由序列引擎SEQ控制。
优选的,所述CHI总线的接口信号包括CLK、Data[15:0]、Addr[12:1]、BSEL[1:0]、CE、WE、OE信号,其中CLK为工作时钟信号;Data[15:0]为双向数据线;Addr[12:1]为地址线;BSEL[1:0]为字节选择信号;CE为片选信号,低电平有效;WE为写使能信号,低电平有效;OE为读使能信号,低电平有效。
优选的,所述AXI总线的接口信号包括5个通道:写地址通道、写数据通道、写返回通道、读地址通道、读数据通道;写地址通道、写数据通道、写返回通道组成一次写操作;读地址通道、读数据通道组成一次读操作。
优选的,所述CHI总线转换为AXI总线协的转换接口,包括逻辑控制模块,内部缓存FIFO模块、协议转换控制模块。
优选的,所述CHI总线的接口实现AMI、MPC、HCS12三种主机的访问时序控制模块,通过BSEL信号的选择,切换到相应的主机时序;AXI接口支持单向通道体系结构、多项数据的交换、独立的地址和数据通道,能够对每一个通道进行单独优化,实现标准的AXI协议。
优选的,所述逻辑控制模块实现CHI接口协议与AXI接口协议的转换,实现两个协议间数据的双向传输;所述内部缓存FIFO模块存储CHI接口协议与AXI接口协议转换时产生的数据;所述协议转换控制模块实现CHI接口协议和AXI接口协议转换时所需的控制信号,以及对缓存FIFO进行控制,实现FIFO读、写、擦的功能。
本发明的优点是:
本发明的优点是形成基于AXI总线的FlexRay控制器标准IP,利用该IP可以直接与SoC中AXI总线相接,使用时可以挂接于基于AXI总线的SoC电路中,不再需要进行总线协议转换。而且该IP模块设计时考虑了标准的AXI总线协议与传统的CHI协议,可以应用于原PowerPC处理器领域,也可应用于ARM处理器领域。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明的基于AXI总线的FlexRay控制器原理框图;
图2为本发明的CHI协议与AXI协议转换框图。
具体实施方式
本实施例主要设计一种基于AXI总线的FlexRay控制器,形成标准IP,可以方便集成于基于AXI总线的SoC片上系统中,特别是基于ARM处理器的应用领域。本设计的核心是设计一种CHI总线与AXI总线的协议转换接口,通过FlexRay控制器原有的CHI总线转换为AXI总线协议,可以满足满足不同的主机接口协议,使FlexRay控制器轻松实现与AXI总线接口间的通信协议,便于CPU通过AXI总线进行访问。
如图1所示,本发明所提出的一种基于AXI总线的FlexRay控制器,包括:
AXI协议模块,提供AXI总线协议的配置、读写时序和状态,实现AXI总线协议;
CHI协议模块,提供主机访问模块的配置、控制和状态寄存器,以及消息缓冲区配置、控制和状态寄存器;
BMIF模块,作为总线接口管理单元,实现对FlexRay内存的访问;
通信控制器,将接收到的帧和要发送的帧的帧头和有效负载数据存储在FlexRay内存区;
时钟交叉单元,实现从总线时钟域到PE时钟域的信号交叉,从PE时钟域到PE时钟域的信号穿越,实现PE和总线时钟域的异步;
PE协议引擎,包括两个Channel通道、时间控制单元TCU、序列引擎SEQ,两个Channel通道分别构成发送单元和接收单元,用于发送和接收数据帧,时间控制单元TCU负责维护FlexRay网络的全局时钟同步,PE的整体活动由序列引擎SEQ控制。
所述CHI总线的接口信号包括CLK、Data[15:0]、Addr[12:1]、BSEL[1:0]、CE、WE、OE信号,其中CLK为工作时钟信号;Data[15:0]为双向数据线;Addr[12:1]为地址线;BSEL[1:0]为字节选择信号;CE为片选信号,低电平有效;WE为写使能信号,低电平有效;OE为读使能信号,低电平有效。
所述AXI总线的接口信号包括5个通道:写地址通道、写数据通道、写返回通道、读地址通道、读数据通道,另外加上两个全局信号时钟CLK和复位RESET;写地址通道、写数据通道、写返回通道组成一次写操作;读地址通道、读数据通道组成一次读操作。通过AXI总线可以与SoC内部总线直接相连。
写地址通道信号如表1所示。
表1
写数据通道信号如表2所示。
表2
写响应通道信号如表3所示。
表3
读地址通道信号如表4所示。
表4
写数据通道信号如表5所示。
表5
由于CHI总线与AXI总线时序不同,无法进行直接通信,因此设计协议转换控制模块,将CHI总线协议转换为AXI总线接口协议。主要将CHI接口的CLK、Data[15:0]、Addr[12:1]、BSEL[1:0]、CE、WE、OE等信号转换成AXI接口的5个通道信号,如图2所示。另外,在协议转换设计时,AXI接口协议也可转换为CHI接口协议,实现两者间的双向传输通道。
图2中,所述CHI总线的接口实现AMI、MPC、HCS12三种主机的访问时序控制模块,通过BSEL信号的选择,切换到相应的主机时序;AXI接口支持单向通道体系结构、多项数据的交换、独立的地址和数据通道,能够对每一个通道进行单独优化,实现标准的AXI协议。
图2中,所述将CHI总线转换为AXI总线协议,包括逻辑控制模块,内部缓存FIFO模块、协议转换控制模块。所述逻辑控制模块实现CHI接口协议与AXI接口协议的转换,实现两个协议间数据的双向传输;所述内部缓存FIFO模块存储CHI接口协议与AXI接口协议转换时产生的数据;所述协议转换控制模块实现CHI接口协议和AXI接口协议转换时所需的控制信号,以及对缓存FIFO进行控制,实现FIFO读、写、擦的功能。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于AXI总线的FlexRay控制器,其特征在于,包括:
AXI协议模块,提供AXI总线协议的配置、读写时序和状态,实现AXI总线协议;
CHI协议模块,提供主机访问模块的配置、控制和状态寄存器,以及消息缓冲区配置、控制和状态寄存器;
BMIF模块,作为总线接口管理单元,实现对FlexRay内存的访问;
通信控制器,将接收到的帧和要发送的帧的帧头和有效负载数据存储在FlexRay内存区;
时钟交叉单元,实现从总线时钟域到PE时钟域的信号交叉,从PE时钟域到PE时钟域的信号穿越,实现PE和总线时钟域的异步;
PE协议引擎,包括两个Channel通道、时间控制单元TCU、序列引擎SEQ,两个Channel通道分别构成发送单元和接收单元,用于发送和接收数据帧,时间控制单元TCU负责维护FlexRay网络的全局时钟同步,PE的整体活动由序列引擎SEQ控制。
2.根据权利要求1所述的基于AXI总线的FlexRay控制器,其特征在于,所述CHI总线的接口信号包括CLK、Data[15:0]、Addr[12:1]、BSEL[1:0]、CE、WE、OE信号,其中CLK为工作时钟信号;Data[15:0]为双向数据线;Addr[12:1]为地址线;BSEL[1:0]为字节选择信号;CE为片选信号,低电平有效;WE为写使能信号,低电平有效;OE为读使能信号,低电平有效。
3.根据权利要求2所述的基于AXI总线的FlexRay控制器,其特征在于,所述AXI总线的接口信号包括5个通道:写地址通道、写数据通道、写返回通道、读地址通道、读数据通道;写地址通道、写数据通道、写返回通道组成一次写操作;读地址通道、读数据通道组成一次读操作。
4.根据权利要求3所述的基于AXI总线的FlexRay控制器,其特征在于,所述CHI总线转换为AXI总线协的转换接口,包括逻辑控制模块,内部缓存FIFO模块、协议转换控制模块。
5.根据权利要求4所述的基于AXI总线的FlexRay控制器,其特征在于,所述CHI总线的接口实现AMI、MPC、HCS12三种主机的访问时序控制模块,通过BSEL信号的选择,切换到相应的主机时序;AXI接口支持单向通道体系结构、多项数据的交换、独立的地址和数据通道,能够对每一个通道进行单独优化,实现标准的AXI协议。
6.根据权利要求5所述的基于AXI总线的FlexRay控制器,其特征在于,所述逻辑控制模块实现CHI接口协议与AXI接口协议的转换,实现两个协议间数据的双向传输;所述内部缓存FIFO模块存储CHI接口协议与AXI接口协议转换时产生的数据;所述协议转换控制模块实现CHI接口协议和AXI接口协议转换时所需的控制信号,以及对缓存FIFO进行控制,实现FIFO读、写、擦的功能。
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